均匀锈胀力作用下结构性能劣化机理研究.pdf

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1、２０１６年第１４期（总第１９１期）江西建材施工技术均匀锈胀力作用下结构性能劣化机理研究■何潇鑫■湖南软件职业学院，湖南湘潭４１１１００１均匀膨胀应力分析三个阶段：钢筋锈蚀物自由膨胀、混凝土保护层受拉与混凝土保护层开混凝土保护层可以分为两个区域：尚未开裂的弹性区和出现开裂裂直至屈服破坏阶段。的损伤区。混凝土尚未受拉开裂时可当做为弹性材料，可按平面本构（１）钢筋锈蚀物自由膨胀阶段：钢筋在混凝土中受水分、空气等介关系进行分析。由弹性理论求得极坐标下任一点的应力关系式如下式质的作用下发生锈蚀作用，所产生

2、的锈蚀物首先填充于钢筋与混凝土所示：界面的间隙中。尔后因混凝土自身的密实性不足导致铁锈也可能渗至２２ｑＲ（Ｒ＋Ｃ）混凝土材料内部的毛细孔及微小空隙内。钢筋在产生锈蚀后，锈蚀产σｒ＝２２（１－２）（Ｒ＋Ｃ）－Ｒｒ物首先填充于混凝土本身内部的间隙及钢筋与混凝土的间隙，对混凝２２ｑＲ（Ｒ＋Ｃ）土的锈胀作用较小甚至可忽略不计，此阶段属于钢筋锈蚀物自由膨胀σθ＝２２（１＋２）（Ｒ＋Ｃ）－Ｒｒ阶段。（２）混凝土保护层受拉阶段：在锈蚀条件满足要求的前提下，钢２σ＝２ｖｑＲ筋产生的锈蚀产物继续产生，此时钢筋的锈

3、蚀产物已经将混凝土结构ｚ（Ｒ＋Ｃ）２－Ｒ２内的空隙填充完毕，便会对混凝土产生一定的钢筋锈胀力。此时钢筋式中：Ｑ－钢筋锈胀力；Ｒ－表示任意一点的极径（ｍｍ）；混凝土泊的锈胀力对混凝土随着锈蚀物的增加而增大，使得混凝土保护层受到松比ｖ，取０２；Ｃ－混凝土保护层厚度（ｍｍ）；Ｒ－钢筋半径（ｍｍ）。拉应力。在该阶段，混凝土保护层处于受拉状态，即将因受拉作用产生当混凝土受拉开裂后，说明混凝土已损伤不再是弹性材料，混凝土混凝土裂缝。（３）混凝土保护层开裂直至屈服破坏阶段：当钢筋锈蚀进所承受的拉力就不能直接

4、由垂直的截面承受，而是传递给它相邻尚海一步发展，锈蚀力与锈蚀深度也随之持续增长，到一定程度时混凝土保没有开裂的混凝土。护层的抗拉强度小于锈胀力，其保护层临近钢筋侧首先出现裂缝，随即２均匀锈蚀锈胀力分析使得混凝土保护层裂缝向内拓展直至保护层开裂。混凝土保护层的开在钢筋锈蚀时钢筋的直径逐渐减小且不断地在钢筋周围产生锈胀裂导致钢筋产生锈蚀的条件更加充足，便加速了钢筋的锈蚀，使得钢筋物，钢筋周围混凝土因锈胀力作用产生开裂应变，此时钢筋周围的混凝锈蚀物进一步发展，导致最终保护层裂缝贯通与整个边角区屈服破坏

5、。土处于弹性极限状态。在锈胀力持续增长的情况下混凝土开始开裂，该阶段主要体现在混凝土保护层出现裂缝至裂缝贯通到钢筋锈蚀区的即达到软化阶段。过程。在锈胀初期其锈胀力较小时，钢筋锈蚀物处于自由发展的状态向４结论钢筋周围混凝土裂缝填充，钢筋周围的混凝土产生微小的损伤裂缝。为对钢筋混凝土均匀锈胀数值仿真，假定钢筋沿径向与轴向均为在锈胀力进一步增长的情况下钢筋周围混凝土损伤也随之拓展，钢筋锈蚀，模型分析可简化为平面问题。本章主要采用有限元软件周围的混凝土细微裂缝逐渐增大增长，并沿向外发展。锈胀力又增大ＡＢ

6、ＡＱＵＳ对钢筋混凝土的均匀锈胀进行数值分析，以研究保护层均匀时，裂缝继续向外延伸，最长裂缝深度继续加深，形成数条明显的主裂锈胀开裂下的膨胀应力分析、保护层裂缝的产生及扩展过程。通过本缝，靠近钢筋的裂缝宽度急剧加宽。章研究，可得到如下结论：（１）钢筋锈胀力对钢筋混凝土构件作用的情若锈胀力再持续增加时，裂缝由保护层表面向钢筋侧的裂缝深度况进行了分析，钢筋锈蚀对混凝土受力情况的大致的过程有了比较清将达到最大，并且靠近钢筋侧的混凝土裂缝宽度也增大。随着时间的晰的了解。（２）钢筋发生均匀锈蚀时，当钢筋位于

7、混凝土结构的边角区增长裂缝之间相互合并，裂缝的长度与宽度进一步增大，直到混凝土结中并设置其只发生均匀锈蚀时，其裂缝发展规律与中区钢筋锈蚀产生构破坏。裂缝的类似。裂缝开始形成于钢筋与混凝土的交界处，并沿着钢筋的令钢筋在混凝土中发生的是均匀锈胀力作用，随着锈胀力增大，从直径逐渐向外均匀拓展。随着钢筋锈蚀的延展，保护层边缘处开始出混凝土构件内部开始出现裂缝至保护层外侧出现裂缝，当混凝土保护现裂纹并开始扩大，最终裂缝沿最短路径贯穿保护层并形成的主裂缝层表面的裂缝相互连通。虽然这个时候钢筋混凝土结构还处于

8、可服役也贯通，整个边角区均屈服破坏。（３）假定钢筋在混凝土中发生均匀锈状态，尚未破坏。若未对裂缝混凝土结构加以注浆封缝修固，露筋混凝胀且其形成条件充足，基于数值计算结果分析可知随着锈胀力增大，从土保护层对钢筋不再具有保护作用，钢筋在外界下容易加速锈蚀损坏，混凝土构件内部开始出现裂缝至保护层外侧出现裂缝，最后混凝土保其钢筋在混凝土中的抗拉功能容易耗散，可认定该钢筋混凝土构件已护层出现贯通裂缝，此刻虽然混凝土结构不会立刻破坏，为塑性变化阶处于破坏状态。段，但混凝土保护层对钢筋的保护作用已经失效，同时